10 ontdekkingen die licht werpen op mysteries van ons zonnestelsel

Soms raken we zo verstrikt in het proberen buitenaardse wezens te vinden op exoplaneten dat we vergeten hoeveel mysteries ons eigen zonnestelsel bevat. Gelukkig blijven onze wetenschappers zoeken naar aanwijzingen om de puzzels in onze kleine hoek van het universum op te lossen.

10De Puzzeltemperatuur van de Corona van de zon

Fotocredit: Luc Viatour

Zoals we eerder hebben besproken, hebben wetenschappers zich al decennia lang afgevraagd waarom de temperatuur van de corona of de buitenatmosfeer van de zon zoveel heter is dan de fotosfeer of het zichtbare oppervlak. Alle zonnestralen tarten, het oppervlak van de zon heeft een temperatuur van ongeveer 6.000 Kelvin (ongeveer 6.000 graden Celsius of 10.000 ° F), terwijl de corona vaak 300 keer heter wordt. "Dat is een beetje een puzzel," zei Jeff Brosius, een ruimtewetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Maryland. "Dingen worden meestal koeler verder weg van een hete bron. Wanneer je een marshmallow roost, verplaats je hem dichter bij het vuur om hem te koken, niet verder weg. "

Maar wetenschappers hebben recentelijk sterk bewijs gevonden dat nanoflares, en de energetische deeltjes die ze produceren, op zijn minst een deel van de bron van de extra warmte vormen. Hoewel nanoflares de minuscule neven zijn van zonnevlammen (die in slechts enkele seconden zonnecellen tot tientallen miljoenen graden kunnen verwarmen), produceren ze nog steeds bijna altijd kleine, snelle uitbarstingen van warmte en energie. We kunnen ze nog niet direct zien, maar dat probleem kan worden opgelost wanneer NASA's NuSTAR-ruimtetelescoop high-energy X-ray portretten van hen maakt. Maar wetenschappers kunnen die beelden pas nemen als de zon stiller is; anders kan alle energetische activiteit de werking van de nanovlekken verbergen.

Tot die tijd biedt de Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) ons de beste manier om nanoflares indirect te detecteren door te kijken naar coronale loop-footpoints. Een coronale lus is een hete plasmakring die zich uitstrekt van het oppervlak van de zon naar de corona die helder oplicht in ultraviolet en röntgenstraling. Een voetpunt treedt op waar magnetische lussen het oppervlak van de zon ontmoeten. IRIS kan de daadwerkelijke gebeurtenissen van de coronaire verwarming niet zien, maar ziet wel de veelbetekenende snelle, kleine verhelderingen bij de voetpunten van de coronale lus.

Terwijl andere theorieën zijn weerlegd, wijst toenemende bewijsvoering naar nanoflora als de oplossing voor het coronale verhittingsmysterie. Als dit klopt, moet NuSTAR om de paar minuten ten minste één nanovloeistof zien. Als dit niet het geval is, is het tijd om terug te gaan naar de tekentafel.

9De oorsprong van donker materiaal op Protoplanet Vesta

Rotsen kunnen ons veel vertellen over de evolutie van een protoplanet omdat ze alleen onder specifieke omstandigheden kunnen worden gevormd. NASA's ruimtevaartuig Dawn heeft ons onlangs informatie verstrekt over de raadselachtige donkere materie die zich over Vesta's oppervlak verspreidt. Het absorbeert licht als roet. Maar onze wetenschappers waren nieuwsgierig om te weten waaruit het was gemaakt en waar het vandaan kwam. Dat zou hen enig inzicht kunnen geven in waarom Vesta meer dan vier miljard jaar geleden een planeet begon te worden, maar nooit de evolutionaire sprong voorbij protoplanet maakte.

Al meer dan een jaar weten wetenschappers dat het donkere materiaal veel koolstof bevat. Maar onlangs ontdekten ze dat serpentijn, een rotsvormend silicaatmineraal, een element van de donkere materie was. Serpentine is genoemd naar de gelijkenis met slangenhuid.

Dat ene mineraal lost een deel van het mysterie van Vesta's formatie op. De donkere materie kan niet in contact zijn gekomen met hoge niveaus van warmte omdat temperaturen boven 400 graden Celsius serpentijn zouden vernietigen. We weten al dat Vesta in één keer behoorlijk heet was, dus de donkere materie kon niet van Vesta zelf komen.

Dat laat een relatief langzame impact van een koolstofrijke asteroïde als de enige logische verklaring. Als de impact snel was geweest, dan zou de serpentine vernietigd zijn door de resulterende hoge temperatuur. De dispersie van donker materiaal op Vesta komt ook overeen met een langzame impact van een asteroïde.

8De atmosfeer van Venus

"Dit werk begon allemaal met een mysterie uit 1978", zei Glyn Collinson van het Goddard Space Flight Center van NASA in Maryland. "Toen Pioneer Venus Orbiter in een baan rond Venus liep, merkte het iets heel, heel raar op: een gat in de ionosfeer van de planeet. Het was een regio waar de dichtheid net is weggevallen en niemand heeft nog een ander van deze dingen gezien gedurende 30 jaar. "

De ionosfeer is een atmosfeerlaag op Venus die elektrisch geladen is. Toen Venus Express van het Europees Ruimtevaartagentschap in de afgelopen jaren Venus begon te vormen, bevond deze zich in een veel hogere baan dan die van zijn voorganger. Maar zelfs op de hogere hoogte zag Venus Express dezelfde gaten. Dat betekende dat deze gaten verder naar beneden in de atmosfeer waren geboord dan ooit werd gedacht. Bovendien observeerde Pioneer Venus Orbiter de gaten bij het maximale zonne-energie, wanneer de zonneactiviteit op zijn hoogtepunt is. Maar Venus Express zag gaten tijdens het solaire minimum, wat betekent dat deze gaten vaker voorkomen dan we beseften.

Om te interpreteren wat er met Venus gebeurt, is het noodzakelijk om te begrijpen dat de kant van zijn ionosfeer die naar de Zon kijkt, voortdurend wordt gehamerd door zonnewind, een stroom geladen deeltjes die uit de Zon stromen. De ionosfeer werkt als een dunne grens die zich van de voorkant van Venus rond de planeet uitstrekt tot aan de achterkant als een komeet. Denk aan de ionosfeer als de lucht die rond een golfbal stroomt die aan het vliegen is.

Wanneer de zonnewind de ionosfeer raakt, stapelt het plasma zich op, wat op zijn beurt een dunne magnetosfeer rond de planeet creëert. Een magnetosfeer is een gebied rond een planeet waar het magnetisch veld zonnewind kan afstoten.

Venus Express kan dit zwakke magnetische veld rondom Venus meten. Maar het suggereerde dat er geen twee gaten achter Venus waren.In plaats daarvan geloven wetenschappers nu dat er twee brede, lange cilinders zijn die zich uitstrekken van het oppervlak van Venus naar de ruimte. Het is mogelijk dat geladen deeltjes uit deze cilinders zoals tandpasta uit een buis worden geperst.

Maar dat werpt een ander boeiend mysterie op. Wat staat deze magnetische velden toe om door de ionosfeer te snijden, naar het oppervlak van de planeet te gaan en mogelijk zelfs de planeet binnen te gaan? We hebben misschien één Venus-mysterie belicht, maar we zijn met een ander mysterie beland.

7The Theta Aurora

Aurora's, lichtshows aan de hemel, beter bekend als het noordelijke of zuidelijke licht, ontstaan ​​meestal wanneer de zonnewind botst met het magnetisch veld van de aarde, ook wel bekend als de magnetosfeer. Met andere woorden, het is een zichtbare manier om het effect van de zon op aarde te zien.

Theta aurora kunnen zich op hogere breedtegraden, dichter bij de polen, vormen dan typische aurora's. De theta aurora is alleen van bovenaf te zien, waar het lijkt op de Griekse letter theta (θ).

De vorming van een aurora hangt af van de uitlijning tussen het interplanetaire magnetische veld dat stroomt met de zonnewind en het magnetisch veld van de aarde. Wanneer de twee velden elkaar kruisen, wijst het magnetisch veld van de aarde naar het noorden. Maar als het interplanetaire veld naar het zuiden wijst, dan zullen de magnetische veldlijnen in tegenovergestelde richtingen wijzen. Dit veroorzaakt een proces dat magnetische heraansluiting wordt genoemd (dat nog niet goed wordt begrepen), waardoor de magnetische veldlijnen op een nieuwe manier opnieuw worden uitgelijnd.

Door de nieuwe uitlijning kunnen de zonnewinddeeltjes de magnetosfeer van de aarde binnengaan, een enorme magnetische bel rond onze planeet. Wanneer die zonnedeeltjes langs de magnetische veldlijnen van de planeet stromen en botsen met atomen in de bovenste atmosfeer van de aarde, wordt de aurora geboren. In dit geval zal de formatie hoogstwaarschijnlijk 65-70 graden ten noorden of ten zuiden van de evenaar van de aarde plaatsvinden.

Maar theta aurora's kunnen op hogere breedtegraden gebeuren als het interplanetaire magnetische veld naar het noorden wijst in plaats van naar het zuiden. Wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat, wanneer dit gebeurde, magnetische herverbinding plasma (dat geïoniseerd gas is) binnen de magnetosfeer kan vangen. Het ingesloten plasma wordt heet en deze keer kan een theta-aurora worden geboren.

6De Titan Sand Dune-puzzel

Titan, die om Saturn draait, is de enige maan met een dichte atmosfeer. De meren en zeeën zijn gemaakt van methaan en ethaan. Deze ongewone maan heeft ook grote, winderige duinen die honderden kilometers lang zijn, meer dan een mijl breed en honderden meters hoog.

In het begin was het bestaan ​​van duinen niet logisch omdat we dachten dat Titan alleen lichte briesjes over het oppervlak ervoer. Maar later onderzoek suggereerde dat winden sterker moeten zijn dan eerder werd gedacht. NASA's ruimtevaartuig Cassini stuurde ook foto's van de deeltjes die deze duinen hebben gecreëerd.

"Het was verrassend dat Titan deeltjes ter grootte van zandkorrels had - we begrijpen hun bron nog steeds niet - en dat er winden waren die sterk genoeg waren om ze te verplaatsen," zei Devon Burr van de Universiteit van Tennessee. "Voordat we de beelden zagen, dachten we dat de wind waarschijnlijk te licht was om deze beweging te volbrengen."

Maar wetenschappers waren het meest verbaasd over de vorm van de duinen. Volgens gegevens van Cassini waaide de wind meestal van oost naar west. Maar de duinen rond kraters en bergen zagen eruit alsof ze waren gemaakt door winden die in de andere richting waaiden.

In een hogedrukwindtunnel van NASA hebben Burr en haar team zes jaar besteed aan het herscheppen van de omstandigheden van wind en zand op Titan. Uiteindelijk vonden ze dat de wind minstens 50 procent sneller moest waaien dan oorspronkelijk gedacht werd om de duinen te creëren. De dichte atmosfeer van Titan maakte de hogere snelheden noodzakelijk.

Hun ontdekking verklaarde ook de vorm van de duinen. Volgens hun model zijn de winden op Titan meestal licht, waait het van oost naar west en zijn ze dus niet in staat om duinen te creëren. Maar twee keer per jaar in Saturnus, wat overeenkomt met 30 aardse jaren, blaast de wind sneller in de andere richting wanneer de zon Titan's evenaar passeert. Burr gelooft dat die snelle verschuivingen in de wind zijn wanneer de duinen worden gemaakt, en dat verklaart hun vorm. Cassini heeft deze hoge windsnelheden misschien gemist omdat ze niet vaak voorkomen.

5Mercury's onverwachte vulkanen

Een ander NASA-ruimtevaartuig, MESSENGER, heeft nieuwe inzichten opgeleverd in de vroege planetaire geschiedenis van Mercurius. Oorspronkelijk geloofden wetenschappers dat Mercurius nooit actieve vulkanen had omdat het de vluchtige stoffen in zijn interieur miste die de explosies veroorzaakten. Maar foto's van MESSENGER lieten onderzoekers klauteren om hun theorieën te herwerken.

De foto's van MESSENGER toonden de aanwezigheid aan van pyroclastische asafzettingen, die gemaakt zijn van fragmenten van gesteente uit de openingen van vulkanen. Mercury had dus duidelijk vluchtige stoffen. Maar de gegevens toonden ook aan dat vulkanen uitbraken voor een groot deel van de geschiedenis van Mercury.

Dat leidde tot een andere vraag. Zijn de vluchtige stoffen in het binnenste van de planeet allemaal vroeg in de geschiedenis van Mercurius ontploft of hebben de explosies zich gedurende een aanzienlijk langere periode voorgedaan?

Een onderzoeksteam van de Brown University gelooft dat de uitbarstingen in een langere periode hebben plaatsgevonden. Ze kwamen tot die conclusie door naar de openingen van de vulkanen te kijken. Als de vulkanen rond dezelfde tijd waren geëxplodeerd, zouden alle ventilatieopeningen ongeveer evenveel worden afgebroken. Maar de wetenschappers observeerden verschillende hoeveelheden degradatie, wat consistent is met vulkaanuitbarstingen gedurende een veel langere periode van tijd.

Met behulp van de hoeveelheid degradatie om de leeftijd van de kraters van Mercurius te bepalen, geloven de onderzoekers dat de vulkanische activiteit waarschijnlijk 1-3,5 miljard jaar geleden plaatsvond. Dat klinkt misschien oud, maar het is feitelijk geologisch jong.Als de vulkanen allemaal waren geëxplodeerd rond de tijd van de vorming van Mercurius, zouden de kraters ongeveer 4,5 miljard jaar oud zijn.

Deze informatie helpt ons ook om erachter te komen hoe Mercury werd gevormd. Volgens twee populaire theorieën was Mercurius groter maar verloor de buitenste lagen wanneer ze door de zon gebakken werden of wanneer ze werden afgescheurd door een grote impact kort nadat de planeet was gevormd. Gezien de nieuwe informatie over vluchtige stoffen lijkt geen van beide theorieën nu waarschijnlijk.

4Mars klimaatgeschiedenis

Black Beauty, een oude Mars-meteoriet gevonden in 2011 in de Sahara, kan een intrigerend verhaal vertellen over de klimaatgeschiedenis van Mars. De glimmende, donkere meteoriet heeft ingebedde zirkonen, duurzame mineralen die worden gemaakt wanneer lava afkoelt en bijna alle chemische aanvallen kunnen overleven. Dat betekent dat ze ons kunnen helpen om de leeftijd van rotsen te bepalen en aanwijzingen te geven voor het klimaat van een planeet. "Als je een zirkoon vindt, is het net zoiets als een horloge zoeken", zei Munir Humayun, hoogleraar in de staat Florida. "Een zirkoon begint de tijd bij te houden vanaf het moment dat deze is geboren."

Humayun en zijn team waren verrast toen ze ontdekten dat 4,4 miljoen jaar geleden zirkonen in Black Beauty werden gemaakt, toen Mars een nieuwe planeet was met een omgeving die mogelijk het leven kon ondersteunen.

Door variaties in zuurstofatomen in deze zirkonen te bestuderen, kon Humayun sommige van de klimaatgeschiedenis van Mars extraheren, zoals een archeoloog stukjes menselijke geschiedenis zou extraheren uit artefacten en menselijke skeletten. Dat komt omdat de zirkonen fungeren als een archief van de klimaatverandering van Mars door gegevens bij te houden van wat er met waterdamp is gebeurd tijdens de geschiedenis van de planeet.

Humayun ontdekte dat water op Mars zo'n 4,5 miljard jaar geleden veel overvloediger was, maar toen vond er een dramatische verandering plaats. De droge woestijn die Mars vandaag kenmerkt, bestaat al lang - tenminste 1,7 miljard jaar. Maar als Mars ooit een warme planeet was met overvloedig water, dan roept dat weer de vraag op: is het mogelijk dat Mars tegelijkertijd het leven heeft ondersteund?

Voor actuele klimaatstudies analyseren andere wetenschappers stofdeeltjes op Mars. Zoals we hebben besproken, zijn stofduivels net als stoffige tornado's. Maar dat is waar de vergelijking met het aardse weer eindigt. "De Marslucht is zo dun dat stof een groter effect heeft op energieoverdrachten in de [Mars] -atmosfeer en op het oppervlak dan in de dikke atmosfeer van de aarde," zei Udaysankar Nair van de Universiteit van Alabama.

Overdag kan stof in de lucht het zonlicht tegenhouden om het oppervlak van Mars te verwarmen. 'S Nachts geeft datzelfde type stof langegolfstraling af die het oppervlak verwarmt. Dus een betere kennis van atmosferische stof- en stofduivels zou ons moeten helpen een beter begrip van het huidige klimaat van Mars te ontwikkelen.

3Zebra strepen in Van Allen stralingsgordel

Foto credit: Kristian Birkeland

De aarde is omgeven door twee Van Allen stralingsgordels, een binnenste en een buitenste, elk gevormd als een donut en met hoogenergetische elektronen en protonen. Maar begin 2014 kondigden wetenschappers aan dat NASA's tweeling Van Allen Probes een vreemd maar aanhoudend zebrastreeppatroon had ontdekt in de hoogenergetische elektronen in de binnenste stralingsgordel.

Het magnetische veld van de aarde houdt deze stralingsgordels op hun plaats. Maar de Aarde leek een onwaarschijnlijke boosdoener in het zebrastreepmysterie. De meeste wetenschappers gingen ervan uit dat een verhoogde zonnewind dit soort structuur zou veroorzaken. Maar die theorie werd weggegooid toen de strepen zichtbaar bleven, zelfs als de zonnewindactiviteit laag was.

Wetenschappers vonden uiteindelijk het antwoord dat ze eerder hadden overwogen zo onwaarschijnlijk. Het blijkt dat de rotatie van de aarde de zebrastrepen veroorzaakt. Vanwege de helling in de magnetische veldas van onze planeet, produceert de rotatie van de aarde een zwak, oscillerend elektrisch veld dat de gehele binnenste stralingsriem beïnvloedt. Als je groepen elektronen in de stralingsriem ziet als taffy, werken de oscillaties als een snoepmachine om de taffy uit te rekken en te vouwen, waardoor het gestreepte patroon in de binnenste stralingsgordel ontstaat.

2Plasma-regenstormen op de zon

De zon heeft stortbuien met hoge winden die op de een of andere manier verrassend vergelijkbaar zijn met de stormen die we hier op aarde ervaren. Maar op de zon bestaat de regen uit plasma, geïoniseerd gas dat van de corona naar het oppervlak valt met 200.000 kilometer (125.000 mi) per uur. De corona omringt de zon als een buitenatmosfeer. Maar als het uit de corona regent, stroomt het echt. Elke druppel is zo groot als Ierland, en er zijn duizenden druppels in een coronaire regenbui.

Wetenschappers weten al ongeveer veertig jaar over deze plasma-regen. Maar totdat ze gedetailleerde gegevens van moderne satellieten en observatoria ontvingen, konden ze niet verklaren waarom het gebeurde.

Dit is waar de parallellen met op de aarde gebaseerd weer opvallend worden. Onder de juiste omstandigheden zullen de wolken dicht, warm plasma van de Zon afkoelen en condenseren totdat ze als coronale regendruppels naar de oppervlakte vallen.

Er is ook een proces van snelle verdamping dat wolken vormt. Maar op de zon veroorzaken de krachtige explosies van zonnevlammen de verdamping. Telescopische afbeeldingen laten zien dat zonnevlammen, straling die op het oppervlak van de zon barst, voorafgaan aan zonnestormen. Wetenschappers geloven dat een ongewoon snelle temperatuurdaling er voor zorgt dat coronair gas verandert in zonnegliezen.

1Organics op Mars

Naast het meten van pieken van methaan ontdekte NASA's rover Curiosity organische moleculen in monsters van de binnenkant van rotsen. Het poeder van een rots genaamd Cumberland is de eerste definitieve ontdekking van organische stoffen op het oppervlak van Mars. Wetenschappers weten niet of deze organische stoffen zich op Mars hebben ontwikkeld of zijn getransporteerd door koolstofrijke meteorieten.

Wetenschappers van NASA hebben geen organische stoffen aangetroffen in materiaal dat op het oppervlak van de planeet is blootgesteld.Maar dat is begrijpelijk, omdat kosmische straling en de altijd aanwezige perchloraten, die chloor dat de molecule verandert, de neiging heeft om oppervlakkige organische stoffen in de loop van de tijd te vernietigen.

Organische moleculen bestaan ​​uit koolstof gebonden aan andere elementen zoals waterstof. Ze zijn essentieel voor het leven zoals we het kennen, maar ze bevatten niet noodzakelijkerwijs leven. We weten niet of Mars ooit levende microben heeft gehost, maar dit vertelt ons dat het oude Mars omstandigheden had die gastvrij waren voor bepaalde levensvormen.

Wetenschappers moesten drie componenten vinden voor het leven op Mars: water, een energiebron en organische stoffen. Door het vinden van organische stoffen, hebben ze nu een complete ingrediëntenlijst voor het leven op Mars, of het nu uit het verleden of heden is.

De rotsmonsters van Cumberland gaven hen ook belangrijke informatie over waterverlies op de planeet. Door de verhouding van deuterium tot waterstof in de rots te onderzoeken en die te vergelijken met waterdamp in de lucht, geloven wetenschappers dat veel van het waterverlies op de planeet plaatsvond nadat de rots was gevormd. Maar hun analyse suggereerde ook dat Mars een groot deel van zijn oorspronkelijke water verloor voordat Cumberland zich vormde.